Motor Induksi Tiga Fasa ~> Bagian 2

VIII. Medan Putar Motor Induksi 3 Fasa

   Sumber 3 fasa yang di hubungkan ke terminal motor induksi 3 fasa , maka arus bolak-balik sinusoidal IR, IS, IT akan mengalir pada belitan stator. Arus-arus ini akan menghasilkan ggm (gaya gerak magnet), yang mana pada kumparan akan menghasilkan fluks magnetik yang berputar sehingga disebut juga dengan medan putar.

   Untuk mengetahui bagaimana medan putar dibangkitkan. Sebagai contoh, perhatikan motor induksi 3 fasa dengan jumlah kutub 2 berikut 

Flux yang dihasilkan arus bolak-balik pada belitan stator adalah :

Berikut merupakan gambar tiap-tiap keadaan medan putar motor induksi 3 fasa

Gambar 1, Medan putar motor induksi 3 fasa

IX. Slip Motor Indusksi 3 fasa

    Slip timbul karena adanya perbedaan antara kecepatan medan putar (synchronous speed) dan kecepatan rotor (rotor speed). Berubahnya kecepatan motor induksi 3 fasa dikarenakan oleh perubahan beban maka harga slip juga berubah dan Ketika motor diam slip mencapai 100% (nr=ns)

Persamaan slip pada motor induksi 3 fasa sebagai berikut :

                                              

Keterangan :  *  S : Slip                                 *  f1 : Frek. sumber daya (Hz)
                    *  nr : Kec. medan putar (rpm)    *  f2 : Frek. rotor (Hz)
                    *  ns : Kec. rotor (rpm)               *  P : Jumlah kutub



X. Frekuensi Rotor Motor Induksi 3 Fasa

   Frekuensi rotor tidak persis sama seperti frekensi stator. Jika rotor motor terkunci sehingga tidak dapat bergerak nr = 0 rpm, maka rotor akan mempunyai frekuensi yang sama seperti stator f2 = f1, dimana pada kondisi ini slip s = 1. Akan tetapi, jika rotor berputar pada kecepatan (mendekati) sinkron ns ≈ nr maka frekuensi rotor akan menjadi (mendekati) nol f2  ≈ 0, dimana pada kondisi ini slip  S = 0.
Persamaan frekuensi rotor pada motor induksi 3 fasa sebagai berikut :

Keterangan :  
* P : Jumlah kutub                 * f1 : Frek. sumber daya(Hz)
* nr : Kec. medan putar(rpm)   * f2 : Frek. rotor (Hz)
* ns : Kec. rotor (rpm)              

XI. Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa

   Hukum gaya lorentz : " bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik ".
Gaya elektromagnetik ( Gaya lorentz) tersebut sebesar :
F = B.i.l.sin θ     
      F : Gaya yang bekerja pada konduktor (N)
      B : Kerapatan fluks magnetik  (Wb/m^2)
      i  : Besar arus pada konduktor (A)
      θ : Sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks
       l : panjang konduktor (m)

• Jika sumber 3 fasa di hubungkan ke terminal motor induksi 3 fasa, maka pada stator motor induksi ini akan timbul medan putar, dengan kecepatan : ns = 120f/p
• Medan putar akan terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator sebesar : 

                               untuk mendapatkan harga maksimum maka sin = 1, jadi :

          Keterangan :  
           *  e1    : ggl induksi sesaat stator/fasa (V)    * f1   : Frek. sumber daya (Hz)
           *  Em1 : ggl induksi maks. stator/fasa (V)    * N1  : jumlah lilitan kumparan stator/fasa
           *  E     : ggl induksi efektif stator/fasa (V)     * Om : fluks magnetik maksimum (Wb)

• Medan putar tersebut juga akan memotong konduktor-konduktor belitan rotor yang diam, perhatikan gambar berikut

Gambar 1, Proses induksi medan putar stator pada kumparan rotor

•  Akibat adanya slip, maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi  pada konduktor-konduktor rotor sebesar :

           Keterangan :         
           *  e2    : ggl induksi sesaat stator/fasa (V)    * f2  : Frek. arus rotor (Hz)
           *  E     : ggl induksi efektif stator/fasa (V)     * N1 : jumlah lilitan kumparan stator/fasa
           *  Om  : fluks magnetik maksimum (Wb)

• Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktor-konduktor rotor. Karena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor
• Gaya Lorentz merupakan hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari bekerjanya suatu motor listrik. Gaya F yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan  menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar  daripada torsi beban maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator dan motor akan tetap berputar bila kecepatan medan putar lebih besar dari pada kecepatan putaran rotor
• Jika ns = nr  tegangan akan terinduksi dan arus tidakmengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi   suatu motor   akan timbul apabila ns > nr. Dilihat dari cara kerjanya motor induksi 3 fasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.

Pada Motor Induksi 3 Fasa bagian 3 akan membahas tentang motor induksi ini lebih jauh, seperti ; Torsi, Rangkaian ekuivalen, aliran daya dari motor induksi 3 fasa dan masih banyak lagi.

Terima Kasih..

Motor Induksi Tiga Fasa ~> Bagian 1

I. Klasifikasi Motor Listrik

Gambar 1,  Diagram Motor Listrik

   Motor induksi 3 fasa merupakan salah satu cabang dari jenis motor listrik yang merubah energi listrik menjadi energi gerak berupa putaran yang mempunyai slip antara medan stator dan rotor dengan sumber tegangan 3 fasa. Arus rotor motor ini bukan diperoleh dari suatu sumber listrik, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar.
   Motor induksi 3 fasa berputar pada kecepatan yang pada dasarnya adalah konstan. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini, namun motor induksi 3 fasa merupakan jenis motor listrik yang paling banyak digunakan pada dunia industri karena sesuai kebutuhan dan memiliki banyak keuntungan.


II. Kelebihan dan Kekurangan Motor Induksi 3 Fasa

1. Kelebihan
   
   • Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar.
   • Harganya relatif murah untuk industri dan kehandalannya tinggi.
   • Effisiensi relatif tinggi pada keadaan normal dan tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil.
   • Biaya pemeliharaan rendah dan mudah dalam perawatan
   • Dapat diproduksi sesuai dengan kebutuhan
2. Kekurangan
   
   • Kecepatan tidak mudah dikontrol
   • Power faktor rendah pada beban ringan
   • Arus start biasanya 5 – 7 kali dari arus nominal

III. Bagian-bagian Motor Induski 3 Fasa

Gambar 2, Bagian-bagian motor induksi 3 fasa

Motor induksi 3 fasa mempunyai konstruksi yang mirip dengan motor listrik lainya, yaitu :

1. Stator, Bagian yang diam
2. Rotor, Bagian yang berputar
3. Celah udara, Berkisar 0.4mm hingga 4mm

IV. Klasifikasi Motor Induksi 3 Fasa Berdasarkan Bentuk Rotor dan Kelas

Gambar 3, Penggolongan Jenis Motor Induksi 3 fasa

V. Jenis-jenis Motor Induksi 3 Fasa Berdasaarkan Bentuk Rotornya

1. Motor indusi 3 fasa rotor belitan
      Jenis motor induksi ini mempunyai belitan kumparan 3 fasa sama seperti kumparan statornya serta kumparan stator dan rotornya mempunyai jumlah kutub yang sama. Belitan 3 fasa pada motor jenis ini biasanya terhubung Y dan ujung 3 kawat belitan rotor tersebut di hubungkan pada slipring yang terdapat pada poros rotor. Belitan-belitan rotor ini kemudian di hubung singkatkan melalui sikat (brush) yang menempel pada slipring dengan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar. slipring dan sikat merupakan penghubung belitan rotor ke tahanan luar (fungsi tahanan luar yaitu membatasi arus awal yang besar). Tahanan luar ini kemudian perlahan dikurangi hingga nol sebagaimana kecepatan motor yang bertambah telah mencapai kecepatan penuh. Setelah mencapai kecepatan penuhnya, 3 buah sikat akan terhubung singkat (tanpa tahanan luar ) maka rotor belitan ini akan bekerja mirip seperti rotor sangkar. Motor induksi jenis ini mempunyai arus awal yang rendah dan torsi awal yang tinggi.
   
   
   
   
   

   

    Gambar 4, Bentuk Rotor Belitan
    
   
   Gambar 5, Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan
   

   
   
2. Motor indusi 3 fasa rotor sangkar
      Jenis motor induksi ini terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya, tumpukan besi yang dilaminasi tersebut disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat (shorting ring)  atau disebut juga dengan end ring. Motor induksi jenis ini tidak terdapat komutator sehingga tidak memercikan bunga api. Motor induksi jenis ini mempunyai arus awal tinggi, torsi awal rendah dan Kapasitas Overload tinggi.  serta Efesiensi dan faktor kerjanya lebih tinggi dibanding rotor belitan.

Gambar 6, Bentuk Rotor Sangkar

VI. Jenis-jenis Motor Induksi 3 Fasa Berdasaarkan Karakteristik Kelasnya

1. Kelas A
   Motor Induksi 3 fasa kelas A memiliki karakteristik sebagai berikut
   • Torsi awal normal (150 – 170%) dari nilai ratingnya) dan torsi breakdownya tinggi
   • Arus awal relatif tinggi dan Slip rendah ( 0.0015 < Slip < 0.005 )
   • Tahanan rotor kecil sehinga efisiensi tinggi
   • Baik digunakan untuk torsi beban kecil saat start dan cepat mencapai putaran penuhnya
   • contoh : pompa dan fan
2. Kelas B
   Motor Induksi 3 fasa kelas B memiliki karakteristik sebagai berikut
   
   • Torsi awal normal hampir sama seperti kelas A
   • Arus awal rendah ( lebih rendah 75% dari kelas A ) dan Slip rendah (slip < 0.005)
   • Arus awal dapat diturunkan karena rotor mempunyai reaktansi tinggi
   • Rotor terbuat dari plat atau saklar ganda
   • Efisiensi dan faktor dayanya pada saat berbeban penuh tinggi
   • Contoh : fan, blower, dan motor generator set
3. Kelas C
   Motor Induksi 3 fasa kelas C memiliki karakteristik sebagai berikut
   
   • Torsi awal lebih tinggi (200 % dari nilai ratingnya)
   • Arus awal rendah dan Slip rendah (slip < 0.005)
   • Reaktansi rotor lebih tinggi dari kelas B
   • Rotor menggunakan sankar rendah
   • Saat beban penuh slip cukup tinggi sehingga efisiensinya rendah (lebih rendah dari kelas A dan Kelas B)
   • Contoh : Kompressor, Konveyor, Crushrs, dan fort
4. Kelas D
   Motor Induksi 3 fasa kelas D memiliki karakteristik sebagai berikut
   
   • Torsi awal yang paling tinggi dari kelas lainnya
   • Arus awal rendah dan Slip tinggi
   • motor ini cocok untuk aplikasi dengan perubahan beban dan perubahan kecepatan secara mendadak pada motor
   • Ketika torsi maksimum slip mencapai harga 0.5 atau lebih, sedangkan ketika beban penuh slip antara 8% hingga 15% sehingga efisiensinya rendah
   • contoh : elevator, crane, dan ekstraktor. 

VII. Karakteristik Jenis Motor Induksi 3 fasa Berdasarkan Kelasnya

Gambar 7, Kurva karakteristik (hub. antara torsi dan kecepatan)

Pada Motor Induksi 3 Fasa Bagian 2 akan membahas tentang motor induksi ini lebih jauh, seperti ; medan putar, frekuensi, prinsip kerja dari motor induksi 3 fasa dan masih banyak lagi.


Terima Kasih....